基于clsvof模型的气泡动力学特性研究

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1、万方数据中图分类号!KQ!±窆UDC三圣2硕士学位论文学校代码!Q53三密级公开基于CLSVoF模型的气泡动力学特性研究StudyofbubbledynamiccharacteristicsbasedonCLSVoFmodel作者姓名：学科专业：研究方向：学院(系、所)：指导教师：副指导教师：王茜茜动力工程及工程热物理热能工程能源科学与工程学院闫红杰教授陈乔平教授级高工论文答辩日期逸f望篁：盔答辩委员会主席中南大学二零一四年五月万方数据学位论文原创性声明本人郑重声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，

2、除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均己在论文中作了明确的说明。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。作者签名：潞日期：1丛里一年上月吐日作者签名：毒逝逊日期：卫!竺年旦月让日学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版；本人允许本学位论文被查阅和借阅；学校可以将本学位论

3、文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其它手段保存和汇编本学位论文。保密论文待解密后适应本声明。作者签名：立＆当日期：’战年兰月止导师签名日期：诬盟年上月丛日万方数据中南大学硕士学位论文摘要基于CLSVOF模型的气泡动力学特性的研究摘要：气泡广泛存在于气．液两相流中，其生成和运动规律是气．液两相的基本问题。因此，全面深入地研究气泡动力学特性对解决实际工程中的问题具有一定的指导作用。本文采用CLSv0F(CoupledLevelsetandV01ume0fFluid)模型，并考虑表面张力的运动方程，对气泡的生成、运动及变

4、形进行了数值模拟，深入研究了气泡动力学特性，主要完成的工作和得出的结论如下：(1)采用将VOF(V0lume0fFluid)和LeveISet模型相结合的CLSVOF模型的进行相界面追踪，给出了该模型的求解流程及其中的相界面构造和距离函数初始化等关键过程的实现方法。通过对重力场下单个气泡生成及运动过程的数值模拟，指出CLSVOF模型可以弥补VOF模型曲率计算不准确和界面光顺性差的缺点以及解决LevelSet在计算过程中质量不守恒的问题。f2)模拟了不同工况下单个气泡的生成过程，得到气泡脱落时间和脱落体积与气体流量、浸没孔直径、接触角大小、相对

5、粘度和相对密度等参数的关系。当谚≤50。时，气泡脱落体积和脱落时间不受静接触角晓影响；当晓上升到大于1000后，此时气泡的脱落体积约为晓<50。时的三倍。当气体的入口流速v≤0．05rn／s时，脱离体积不受气体流速影响。当气体流速y>0．05州s时，气泡的脱落时问按丁=o．3471万Q1／5屈班变化。且随着气体流量的增加，气泡的生成流型逐渐从SP(SinglePeriodic)转变为DP(DoublePeriodic)。对于静接触角为70。的情况下，一／岛⋯=o．25时的气泡脱落体积比励／p胁，=l时大了4．7倍；相对粘度从o．1到100增大

6、一千倍，脱落体积只增大了44．64mm3。(3)模拟了气泡在不同工况下的运动轨迹、运动速度和变形规律。得出不同直径气泡的运动轨迹，与采用高速摄像法获得的实验结果一致性较好。气泡的上升速度随着气泡的运动增大到一定值后，围绕末速度震荡。实验与数值模拟结果中，不同直径气泡的上升末速度在粘性力和惯性力控制区域吻合良好，而在表面张力控制区域有所差别。表面张力和粘性力越小，气泡发生变形的时间越早，变形程度也越大。(41对水平气泡和同轴气泡在浮力作用下的运动及变形过程进行万方数据中南大学硕士学位论文摘要了数值模拟。两个气泡间的聚并行为与升力的表现形式相关，

7、对于空气．水系统中的不同直径的水平气泡，升力系数的符号在气泡直径在5mm到6mm之间将发生转变。当s≤2．25，平行气泡发生聚并，当S大于5，两个气泡将不再相互影响。对于同轴气泡，上方气泡的尾流对下方气泡产生的卷吸作用是两个气泡的聚并的原因；这两种放置方式气泡的上升速度在聚并过程中都呈现前下降后上升的趋势，气泡发生聚并的时间受气泡间距、勘数和船数的影响。图60幅，表2个，参考文献75篇。关键词：气泡动力学特性；气液两相流；数值模拟；CLSVOF分类号：TK01+9万方数据Studyofbubbledynamiccharacteristicsb

8、asedonCLSVOFmodelAbstract：Bubblesexistwidelyingas。1iquid似。一phasenovnThefbnllationa